CH1 (664292), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

1.9.3 Режим транзистора по постоянному току

Режим транзистора по постоянному току определяется напряжениями источников питания E_п и смещения E_см. Для исключения возбуждения паразитных колебаний в цепи подачи питания в качестве элемента, блокирующего источник E_п от токов высокой частоты, применяют не блокировочные индуктивности, как в усилителе мощности, а блокировочные сопротивления R_бл (рисунок 1.20). В этом случае постоянное напряжение на коллекторе транзистора U_ко = E_п – I_коR_бл .

Напряжение смещения на управляющем электроде транзистора выбирается из условия получения мягкого режима возбуждения колебаний. С этой целью необходимо обеспечить вид зависимости |G_а|(U_а1), как на рисунке 1.11, а. Варианты выбора напряжения смещения показаны на рисунке 1.21. Легко видеть, что для получения мягкого режима возбуждения колебаний следует устанавливать напряжения смещения, соответствующее участку максимальной крутизны переходной ВАХ транзистора (точка 1 на рисунке 1.21, а).

По мере нарастания амплитуды колебаний напряжения U_у1 (и U_а1) ограничивается размах тока i_к(t) вследствие нелинейности динамической переходной характеристики i_к (u_у) (рисунок 1.21). В результате с ростом U_а1 модуль |G_а| уменьшается, причем это уменьшение обусловлено, с одной стороны, уменьшением угла отсечки импульсов i_к(t), а с другой - переходом в перенапряженный режим и появлением провала в импульсах тока. При работе транзистора в недонапряженном режиме I_к1 = ₁()SU_у1 и

| G_а | = (I_к1/ U_у1)K_ос = ₁()SK_ос

или с учетом (1.23) и (1.24)

S1 = S₁(), (1.27)

| G_а | = | G₀ |₁(). (1.28)

Рисунок 1.20 - Схема автогенератора по постоянному току

Если напряжение смещения установлено равным U⁽⁰⁾_см (вариант 1 на рисунке 1.21, а, г), то в процессе нарастания амплитуды угол отсечки импульсов i_к уменьшается от 180 до 90°. При этом в согласии с рисунком 1.6 коэффициент ₁() уменьшается от 1 до 0,5. Так же изменяется и | G_а | - штриховая линия на рисунке 1.21, г. Дальнейшее уменьшение | G_а | (рисунок 1.21, г) обусловлено переходом транзистора в перенапряженный режим.

Таким образом, при выполнении условия (1.26) в автогенераторе с фиксированным смещением реализуется перенапряженный режим работы транзистора. Однако для высокостабильных автогенераторов перенапряженный режим недопустим, ибо он связан с существенным возрастанием гармоник в выходном токе транзистора, а следовательно, с резким уменьшением стабильности частоты. Таким образом, в задающих автогенераторах применение фиксированного смещения нецелесообразно.

Можно попытаться применить автоматическое смещение наряду с фиксированным. Для мягкого возбуждения колебаний нужно, как и прежде, установить фиксированное смещение на участке максимальной крутизны зависимости i_к(u_у). Если выполняется соотношение

I⁽⁰⁾_к0 < I⁽⁰⁾_к0 (1.29)

г
де I⁽⁰⁾_к0 и I⁽⁰⁾_к0 - постоянный коллекторный ток в момент возбуждения колебаний и в стационарном режиме колебаний соответственно), то по мере роста амплитуды колебаний напряжение смещения уменьшается из-за наличия, например, сопротивления автосмещения в эмиттере (истоке) транзистора. В результате амплитуда колебаний ограничивается только путем уменьшения угла отсечки без захода в перенапряженный режим. В приложении 11 показано, что неравенство (1.29). выполняется.

Рисунок 1.21 - Выбор напряжения смещения в транзисторном автогенераторе

Итак, в высокостабильных автогенераторах необходимо применять комбинированное смещение - фиксированное и автоматическое. На рисунке 1.20 представлена схема включения транзистора по постоянному току. Фиксированное смещение создается источником питания E_п и делителем напряжения R₁R₂. Автоматическое смещение обеспечивается частично за счет протекания тока I_у0 через параллельно соединенные сопротивления R₁ и R₂, а частично за счет падения напряжения на сопротивлении R_см при протекании тока I_э0.

1.9.4 Возможность прерывистой генерации

Чтобы резистор автосмещения R_см не создавал отрицательную обратную связь по высокой частоте, он шунтируется конденсатором С_бл, поэтому скорость нарастания постоянного напряжения автосмещения U_авт на R_см определяется постоянной времени заряда С_бл. При большом значении С_бл., увеличение |U_авт| отстает от роста амплитуды колебаний U_а1 и U_у1. В результате может получиться следующая ситуация: напряжение автосмещения будет продолжать увеличиваться по модулю, в то время как амплитуда колебаний уже достигнет стационарного значения.

Продолжающееся увеличение |U_авт| смещает рабочую точку в сторону малых значений крутизны S переходной характеристики, при этом в соответствии с (1.27) уменьшается крутизна S₁ и, как следует из (1.23), модуль | G_а |. Вследствие этого мощность |P_| = 0,5 U²_а1| G_а |, отдаваемая АЭ в колебательный контур, окажется меньше потребляемой мощности P+ = 1/2 U²_а1G_к и колебания прекратятся. При разряде емкости C_бл уменьшающееся по модулю напряжение U_авт возвратит рабочую точку на участок крутизны S, где выполняется условие самовозбуждения (1.25) и вновь произойдет возбуждение колебаний. Возбуждение и срыв колебаний могут образовать периодический процесс.

Таким образом, можно отметить, что емкость конденсатора C_бл, шунтирующего R_см не должна быть слишком большой. Для ее расчета можно рекомендовать соотношение [1]: R_см C_бл << _р или 1/_рС_бл  R_см/Q, где _р = 2Q/_р - постоянная времени резонатора; Q - его добротность.

1.9.5 Задающие автогенераторы на биполярных транзисторах

Наиболее распространенными задающими автогенераторами являются генераторы на биполярных транзисторах. Чаще всего применяют схему с емкостной обратной связью. Рассмотрим особенности транзисторных автогенераторов на примере этой схемы.

1. Уже на относительно низких частотах (f > 0,5 f_) в биполярном транзисторе проявляется инерционность процессов, вызывающая фазовый сдвиг между коллекторным током i_к(t) и управляющим напряжением на базе u_б(t). При этом крутизна S₁ становится величиной комплексной (_s ) и согласно (1.19) появляется мнимая составляющая B_а выходной проводимости транзистора. Появление B_а обусловлено также существованием барьерной емкости C_к к коллекторного перехода, которая фактически оказывается подключенной параллельно выходной цепи транзистора. Как было отмечено, наличие B_а  снижает стабильность частоты колебаний.

Фазовый сдвиг между i_к(t) и u_у(t) можно устранить, если в базовую или эмиттерную цепь транзистора включить корректирующую цепочку. Чтобы при этом ослаблялось и влияние С_к, целесообразно использовать не базовую, а эмитерную коррекцию (как правило, применяют упрощенный вариант эмиттерной коррекции).

2. Практика показывает, что стабильность частоты колебаний увеличивается при уменьшении средней температуры транзистора, которая в значительной степени определяется постоянной составляющей коллекторного тока I_к0. Для снижения средней температуры следует применять транзисторы малой мощности (с допустимой мощностью, рассеиваемой на коллекторе, порядка единиц или десятков милливатт).

1.9.6 Схема автогенератора на биполярном транзисторе

На рисунке 1.22 изображена принципиальная электрическая схема транзисторного автогенератора с емкостной обратной связью и дополнительной емкостью C_д в индуктивной ветви (схема Клаппа) /4/. Дополнительная емкость необходима, во первых, для развязки по постоянному току цепей питания и смещения. Во вторых, она обеспечивает еще одну степень свободы для получения оптимального режима транзистора.

Резонатор в схеме изображенной на рисунке 1.22 образован элементами L, C₁, C₂, C₃. Цепочка R’_корC_кор - корректирующая, R_см - сопротивление автосмещения, C_бл1 и C_бл2 - блокировочные емкости, R_бл - блокировочное сопротивление. Емкость C_св обеспечивает оптимальное сопротивление нагрузки на выходных электродах транзистора и препятствует прохождению в нагрузку постоянного тока источника питания. Фиксированное смещение осуществляется путем подачи на базу транзистора части напряжения E_п через резистивный делитель R₁, R₂.

Рисунок 1.22 - Принципиальная электрическая схема транзисторного автогенератора

Чтобы спроектировать схему автогенератора, следует выбрать транзистор, определить параметры корректирующей цепочки, рассчитать режим транзистора, а также цепи питания и смещения.

39

Характеристики

Список файлов реферата